DE68912061T2 - Rotary drill bit for drilling through sticky layers. - Google Patents
Rotary drill bit for drilling through sticky layers.Info
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Description
Die Erfindung betrifft einen Drehbohrmeißel zum Bohren durch klebrige Schichten oder Formationen.The invention relates to a rotary drill bit for drilling through sticky layers or formations.
Es ist bekannt, daß beim Bohren durch klebrige Schichten oder Formationen, wie beispielsweise Kreide oder Mergel, das produzierte Gesteinsmehl eine große Tendenz hat, an der Fläche des Bohrmeißels anzuhaften. Für das Bohren durch solche klebrige Formationen werden allgemein Fischschwanzbohrmeißel verwendet, die breite Wasserkanäle zwischen den Schneidflügeln bzw. Flügelschneiden haben.It is known that when drilling through sticky layers or formations, such as chalk or marl, the rock dust produced has a strong tendency to stick to the surface of the drill bit. For drilling through such sticky formations, fishtail drill bits are generally used, which have wide water channels between the cutting blades or blade edges.
Erfahrung im Feld hat gelehrt, daß trotz des Vorhandenseins breiter Wasserkanäle es oftmals auftritt, daß Gesteinsmehl sich vor den Schneidflügeln ansammelt und lediglich kleine Kanäle offenläßt, um es Bohrfluid zu ermöglichen, von den Düsen zu dem Umfang des Bohrmeißels bzw. der Bohrspitze zu fließen. Gelegentlich ist es aufgetreten, daß die Bewegung des angesammelten Gesteinsmehls durch die Wasserkanäle hindurch behindert wurde und daß das Gesteinsmehl in den Wasserkanälen kompaktiert wurde und begann, den größeren Teil des Gewichtes an dem Bohrmeißel zu tragen bzw. darzustellen, so daß sich ein vollständig durcheinandergebrachter Bohrmeißel und eine schlechte Bohrleistung ergaben.Field experience has taught that despite the presence of wide water channels, it often occurs that rock dust accumulates in front of the cutting blades, leaving only small channels open to allow drilling fluid to flow from the nozzles to the periphery of the drill bit. Occasionally it has occurred that the movement of the accumulated rock dust through the water channels has been impeded and that the rock dust in the water channels has become compacted and has begun to bear the greater part of the weight on the drill bit, resulting in a completely disorganized drill bit and poor drilling performance.
Das US-Patent Nr. 4,696,354 offenbart einen Bohrmeißel, der einen Bohrmeißelkörper hat, welcher mit einer Mehrzahl von Schneidflügeln und einer Mehrzahl von Wasserkanälen versehen ist, wobei jeder Wasserweg zwischen einem Paar von benachbarten Flügeln gebildet ist und die Größe der Querschnittsfläche jedes Wasserkanals in Richtung von der mittleren Achse zu dem Umfang des Bohrmeißels zunimmt.US Patent No. 4,696,354 discloses a drill bit having a drill bit body provided with a plurality of cutting blades and a plurality of water passages, each water passage being formed between a pair of adjacent blades and the size of the cross-sectional area of each water passage increasing in the direction from the central axis towards the periphery of the drill bit.
Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Drehbohrmeißel zu schaffen, bei welchem das Auftreten einer Verdichtung von Gesteinsmehl in den Wasserkanälen vermieden ist.The purpose of the present invention is to provide a rotary drill bit in which the occurrence of compaction of rock powder in the water channels is avoided.
Der Drehbohrmeißel gemäß der Erfindung umfaßt:The rotary drill bit according to the invention comprises:
- einen Bohrmeißelkörper, an welchem eine Mehrzahl von Schneidflügeln angebracht ist, die sich entlang des Bohrmeißelkörpers von einer mittleren Achse des Bohrmeißels in Richtung gegen den Umfang des Bohrmeißels erstrecken, und- a drill bit body on which a plurality of cutting wings extending along the bit body from a central axis of the bit toward the periphery of the bit, and
- eine Mehrzahl von Wasserkanälen zum Transportieren von Bohrfluid und Gesteinsmehl zum Umfang des Bohrmeißels, wobei jeder Wasserkanal zwischen einem Paar von benachbarten Flügeln gebildet ist und an jedem Punkt entlang seiner Länge eine Querschnittsfläche A, gemessen in einer Ebene rechtwinklig zu einer mittleren Profilsehne oder Sehne des Wasserkanals, hat, und die Größe der Querschnittsflächen A jedes Wasserkanals in einer Richtung von der mittleren Achse in Richtung gegen den Umfang des Bohrmeißels zunimmt,- a plurality of water channels for transporting drilling fluid and rock dust to the periphery of the drill bit, each water channel being formed between a pair of adjacent wings and having at any point along its length a cross-sectional area A measured in a plane perpendicular to a central chord or chord of the water channel, and the size of the cross-sectional areas A of each water channel increases in a direction from the central axis towards the periphery of the drill bit,
dadurch gekennzeichnet,characterized,
daß die Größe der genannten Querschnittsflächen in einer solchen Weise zunimmt, daß das Verhältnis zwischen einer Querschnittsfläche A&sub1; des Wasserkanals in einer ersten Ebene 1 rechtwinklig zu der Sehne und einer Querschnittsfläche A&sub2; des gleichen Wasserkanals in einer zweiten Ebene 2 rechtwinklig zu der Sehne die nachstehende Gleichung erfüllt:that the size of said cross-sectional areas increases in such a way that the ratio between a cross-sectional area A₁ of the water channel in a first plane 1 perpendicular to the chord and a cross-sectional area A₂ of the same water channel in a second plane 2 perpendicular to the chord satisfies the following equation:
A&sub1; / A&sub2; ≤ r&sub1;²/ r&sub2;², wobeiA₁/A₂≤r₁²/r₂², where
r&sub1; der mittlere Radius ist, an welcher die Ebene 1 die Spitzen oder Schneiden benachbarter Schneidflügel kreuzt, wobei der Radius von der mittleren Achse des Bohrmeißels gemessen ist,r₁ is the mean radius at which plane 1 crosses the tips or edges of adjacent cutting blades, the radius being measured from the central axis of the drill bit,
r&sub2; der mittlere Radius ist, an welcher die Ebene 2 die Spitzen der benachbarten Schneidflügel kreuzt, wobei der Radius von der mittleren Achse des Bohrmeißels gemessen ist, undr2 is the mean radius at which plane 2 crosses the tips of the adjacent cutting blades, the radius being measured from the central axis of the drill bit, and
r&sub2; größer als r&sub1; ist.r₂ is greater than r₁.
Ein Bohrmeißel bzw. eine Bohrspitze gemäß der Erfindung ist derart gestaltet, daß die mittlere Geschwindigkeit des Gesteinsmehls in den Wasserkanälen konstant bleibt bzw. sich kontinuierlich verringert in einer Richtung von der Mitte des Bohrmeißels zum Umfang des Bohrmeißels, wodurch eine mechanische Reinigung geschaffen ist für den Fall, daß die hydraulische Reinigung nicht mehr angemessen oder ausreichend ist.A drill bit or drill bit according to the invention is designed such that the average speed of the rock powder in the water channels remains constant or continuously decreases in a direction from the center of the drill bit to the circumference of the drill bit, thereby providing mechanical cleaning in the event that hydraulic cleaning is no longer appropriate or sufficient.
Eine spezielle Ausführungsform des Bohrmeißels gemäß der Erfindung wird als Beispiel unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben, in welcher:A specific embodiment of the drill bit according to the invention will be described by way of example with reference to the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 eine Unteransicht eines Abschnitts eines Bohrmeißels gemäß der Erfindung ist; undFig. 1 is a bottom view of a portion of a drill bit according to the invention; and
Fig. 2 eine Schnittansicht des Bohrmeißels gemäß Fig. 1 nach Linie II-II und gesehen in Richtung der Pfeile ist.Fig. 2 is a sectional view of the drill bit according to Fig. 1 along line II-II and seen in the direction of the arrows.
Die Figuren 1 und 2 zeigen einen Bohrmeißel gemäß der Erfindung. Fig. 2 zeigt weiterhin eine erste Ebene 1 und eine zweite Ebene 2. Die Ebenen 1 und 2 sind jeweils rechtwinklig zu einer mittleren Linie oder Profilsehne 3 des Wasserkanals 4 ausgerichtet, der zwischen einem Paar von benachbarten Schneidflügeln 5 und 6 des Bohrmeißels bzw. der Bohrspitze gebildet ist.Figures 1 and 2 show a drill bit according to the invention. Figure 2 further shows a first plane 1 and a second plane 2. The planes 1 and 2 are each aligned at right angles to a central line or chord 3 of the water channel 4 formed between a pair of adjacent cutting wings 5 and 6 of the drill bit or drill tip.
Der Bohrmeißel hat acht regelmäßig verteilte Schneidflügel, von denen in Fig. 1 zwei dargestellt sind. Die Schneidflügel 5 und 6 erstrecken sich entlang des Bohrmeißelkörpers 8 von der mittleren Achse 10 des Bohrmeißels in Richtung gegen den Umfang 11 des Bohrmeißels. Die Schneidflügel 5 und 6 haben eine im wesentlichen radiale Ausrichtung relativ zu der mittleren Achse 10 und sie sind nahe ihrer Spitze 12 mit einer Reihe von scheibenförmigen polykristallinen kompakten Diamantschneidelementen (PDC) 13 ausgerüstet.The drill bit has eight regularly spaced cutting blades, two of which are shown in Fig. 1. The cutting blades 5 and 6 extend along the drill bit body 8 from the central axis 10 of the drill bit towards the periphery 11 of the drill bit. The cutting blades 5 and 6 have a substantially radial orientation relative to the central axis 10 and are equipped near their tip 12 with a series of disk-shaped polycrystalline compact diamond cutting elements (PDC) 13.
Jeder Wasserkanal 4 ist zwischen dem Lochboden 15, der Bohrmeißelfläche 16, der Vorderseite eines Schneidflügels 6 und der Hinterseite 17 eines anderen Schneidflügels 5 gebildet.Each water channel 4 is formed between the hole bottom 15, the drill bit surface 16, the front side of a cutting blade 6 and the rear side 17 of another cutting blade 5.
Die mittlere Sehne oder Linie jedes Wasserkanals 4 ist durch die Mitte des Fluiddurchgangs gebildet, der durch den Wasserkanal geschaffen ist, so daß jeder Punkt der Sehne 3 in gleichem Abstand von der Vorderseite eines Schneidflügels 6 und der Hinterseite 17 eines anderen Schneidflügels 5 liegt und ebenso in gleichem Abstand von dem Lochboden 15 und der Bohrmeißelfläche 16.The central chord or line of each water channel 4 is formed by the center of the fluid passage created by the water channel, so that each point of the chord 3 is equidistant from the front of one cutting blade 6 and the rear 17 of another cutting blade 5, and also equidistant from the hole bottom 15 and the bit face 16.
Im Hinblick auf die rechtwinklige Gestalt der Wasserkanäle kann die Querschnittsfläche des Wasserkanals 4 definiert werden als:In view of the rectangular shape of the water channels, the cross-sectional area of the water channel 4 can be defined as:
A = w.h. (1)A = w.h. (1)
h ist die Höhe des Wasserkanals 4, definiert als der Abstand zwischen der Bohrmeißelfläche 16 und den Spitzen 12 der Flügel, wobei der Abstand in einer Ebene rechtwinklig zu der mittleren Sehne 3 gemessen ist, und w ist die Breite des Wasserkanals 4, definiert als der Abstand zwischen der Vorderseite eines Schneidflügels 6 und der Hinterseite 17 eines anderen Schneidflügels, wobei dieser Abstand in einer Ebene rechtwinklig zu der mittleren Sehne 3 gemessen ist.h is the height of the water channel 4, defined as the distance between the bit face 16 and the tips 12 of the wings, which distance is measured in a plane perpendicular to the mean chord 3, and w is the width of the water channel 4, defined as the distance between the front face of one cutting wing 6 and the rear face 17 of another cutting wing, which distance is measured in a plane perpendicular to the mean chord 3.
Wie aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich, ist die Querschnittsfläche A des Wasserkanals 4 in der ersten Ebene 1 definiert durch A&sub1; = w&sub1;.h&sub1;, wohingegen die Querschnittsfläche A&sub2; des Wasserkanals 4 in der zweiten Ebene 2 durch A&sub2; = w&sub2;.h&sub2; definiert ist.As can be seen from Figures 1 and 2, the cross-sectional area A of the water channel 4 in the first plane 1 is defined by A₁ = w₁.h₁, whereas the cross-sectional area A₂ of the water channel 4 in the second plane 2 is defined by A₂ = w₂.h₂.
Bei dem Bohrmeißel gemäß der Erfindung nimmt die Größe der Querschnittsflächen A der Wasserkanäle 4 in Richtung von der mittleren Achse 10 zum Umfang 11 des Bohrmeißels derart zu, daß die Zunahme der Größe der Flächen A in der genannten Richtung wenigstens im wesentlichen proportional ist zu dem Quadrat des Radius r einer besonderen Fläche A von der mittleren Achse 10. Der Radius r einer speziellen Fläche A ist definiert als der mittlere Abstand zwischen der mittleren Achse 10 und den Stellen, an denen eine Ebene, in welcher die Fläche A gemessen wird, die Spitzen 12 der benachbarten Schneidflügel 5, 6 kreuzt bzw. schneidet.In the drill bit according to the invention, the size of the cross-sectional areas A of the water channels 4 increases in the direction from the central axis 10 to the circumference 11 of the drill bit in such a way that the increase in the size of the areas A in said direction is at least substantially proportional to the square of the radius r of a particular area A from the central axis 10. The radius r of a particular area A is defined as the mean distance between the central axis 10 and the places where a plane in which the area A is measured crosses or intersects the tips 12 of the adjacent cutting blades 5, 6.
Die Verflechtung der Bohrmeißelgestaltung gemäß der Erfindung mit den Querschnittsflächen A&sub1; und A&sub2; der ersten Ebene 1 und der zweiten Ebene 2, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, besteht darin, daß das Verhältnis zwischen den Fläche A&sub1; und A&sub2; die nachstehende Gleichung erfüllt:The interrelation of the drill bit design according to the invention with the cross-sectional areas A₁ and A₂ of the first level 1 and the second level 2, as shown in Fig. 2, is that the relationship between the areas A₁ and A₂ satisfies the following equation:
A&sub2; / A&sub1; ≤ r&sub2;² / r&sub1;² (2),A2; / A1; ≤ r₂² / r₁² (2),
wobei r&sub1; der mittlere Radius ist, an welchem die Ebene 1 die Spitzen 12 benachbarter Schneidflügel 5, 6 kreuzt, wobei dieser Radius von der mittleren Achse 10 gemessen ist, r&sub2; der mittlere Radius ist, an welchem die Ebene 2 die Spitzen oder Schneiden 12 benachbarter Schneidflügel 5, 6 kreuzt, wobei dieser Radius von der mittleren Achse gemessen ist, und r&sub2; größer als r&sub1; ist.where r₁ is the mean radius at which the plane 1 crosses the tips 12 of adjacent cutting blades 5, 6, this radius being measured from the central axis 10, r₂ is the mean radius at which the plane 2 crosses the tips or cutting edges 12 of adjacent cutting blades 5, 6, this radius measured from the central axis and r₂ is greater than r₁.
Bei der Ausführungsform der Erfindung, die in der Zeichnung dargestellt ist, haben die Schneidflügel 5 und 6 eine radiale Ausrichtung relativ zu der mittleren Achse. Bei dieser Ausführungsform schneidet die Ebene 1 die Spitzen oder Schneiden 12 der benachbarten Schneidflügel 5 und 6 an etwa gleichem Abstand von der mittleren Achse 10, und das gleiche gilt für den Schnitt zwischen der Ebene 2 und diesen Spitzen. Daher schneidet die Ebene 1 die Spitzen 12 an einem Radius r&sub1;, wohingegen die Ebene 2 die Spitzen 12 an einem Radius r&sub2; schneidet. Bei eienr alternativen Ausführungsform der Erfindung können die Schneidflügel jedoch eine spiralförmige Ausrichtung relativ zu der mittleren Achse haben. Dann schneidet eine Ebene queraxial zu einer mittleren Sehne eines Wasserkanals die Spitzen oder Schneiden benachbarter Flügel unterschiedlicher Radien, und das Mittel bzw. der Durchschnitt dieser Radien muß berücksichtigt werden, um das Verhältnis zwischen den Querschnittsflächen A&sub1; und A&sub2; zu definieren.In the embodiment of the invention shown in the drawing, the cutting blades 5 and 6 have a radial orientation relative to the central axis. In this embodiment, the plane 1 intersects the tips or cutting edges 12 of the adjacent cutting blades 5 and 6 at approximately equal distances from the central axis 10, and the same applies to the intersection between the plane 2 and these tips. Therefore, the plane 1 intersects the tips 12 at a radius r₁, whereas the plane 2 intersects the tips 12 at a radius r₂. However, in an alternative embodiment of the invention, the cutting blades may have a spiral orientation relative to the central axis. Then a plane transverse to a mean chord of a water channel intersects the tips or edges of adjacent wings of different radii, and the mean or average of these radii must be taken into account to define the relationship between the cross-sectional areas A₁ and A₂.
Da bei der Ausführungsform, die in der Zeichnung dargestellt ist, jeder Wasserkanal weiterhin eine im wesentlichen rechtwinklige oder rechteckige Querschnittsfläche A hat und die Dicke der Schneidflügel 5 und 6 klein ist im Vergleich zu der Breite w der Wasserkanäle 4, kann das Verhältnis zwischen der Breite w&sub2; und der Breite w&sub1; der Wasserkanäle in den Ebenen 1 und 2 geschätzt werden gemäß der nachstehenden Gleichung:Furthermore, in the embodiment shown in the drawing, since each water channel has a substantially rectangular cross-sectional area A and the thickness of the cutting blades 5 and 6 is small compared to the width w of the water channels 4, the ratio between the width w2 and the width w1 of the water channels in the planes 1 and 2 can be estimated according to the following equation:
W&sub1; / W&sub2; r&sub1; sin α / r&sub2; sin α (3),W1; / W2; r1; sin α / r2; sin α (3),
wobei α der Winkel zwischen benachbarten Schneidflügeln ist.where α is the angle between adjacent cutting blades.
Eine Kombination der Gleichungen (2) und (3) ergibt:A combination of equations (2) and (3) gives:
h&sub1; / h&sub2; ≤ r&sub1; / r&sub2; (4).h1; / h2; ≤r1; / r2; (4).
Demgemäß nimmt bei der dargestellten Ausführungsform, bei welcher der Bohrmeißel radiale Schneidflügel und rechtwinklige oder rechteckige Wasserkanäle hat, die Höhe h jedes Wasserkanals in radialer Richtung von der mittleren Achse weg zu derart, daß die Änderung der Höhe h wenigstens im wesentlichen proportional zu der Vergrößerung des Radius r ist, an welchem die Ebene, in der die Höhe h gemessen wird, die Spitzen oder Schneiden 12 benachbarter Schneidflügel 5 und 6 schneidet.Accordingly, in the illustrated embodiment, in which the drill bit has radial cutting blades and rectangular or rectangular water channels, the height h of each water channel increases in a radial direction away from the central axis such that the change in height h is at least substantially proportional to the increase in the radius r at which the plane in which the height h is measured passes the tips or Cutting 12 adjacent cutting blades 5 and 6 cut.
Die Bohrmeißelgestaltung gemäß der Erfindung basiert auf der Einsicht, daß die Geschwindigkeit des Gesteinsmehls sich entlang ihres Fließweges durch jeden Wasserkanal hindurch nicht erhöhen sollte. Eine Erhöhung der Geschwindigkeit des Gesteinsmehls ist eine Anzeige einer relativen Verkleinerung der Querschnittsfläche des Wasserkanals im Vergleich zu dem Gesteinsmehlvolumen V, welches hindurchtritt. Demgemäß kann eine erhöhte Geschwindigkeit des Gesteinsmehls entlang des Fließweges zu einer Verdichtung von Gesteinsmehl und auf diese Weise zu einem Verstopfen des Wasserkanals führen. Um eine Verdichtung des Gesteinsmehls unter allen Umständen zu vermeiden, wird es bevorzugt, die Wasserkanäle derart zu gestalten, daß die Geschwindigkeit des Gesteinsmehls in Stromabwärtsrichtung durch die Wasserkanäle hindurch allmählich abnimmt.The drill bit design according to the invention is based on the insight that the velocity of the rock flour should not increase along its flow path through each water channel. An increase in the velocity of the rock flour is an indication of a relative reduction in the cross-sectional area of the water channel compared to the volume of rock flour V passing through. Accordingly, an increased velocity of the rock flour along the flow path can lead to compaction of rock flour and thus to clogging of the water channel. In order to avoid compaction of the rock flour under all circumstances, it is preferred to design the water channels such that the velocity of the rock flour gradually decreases in the downstream direction through the water channels.
Die Bohrmeißelgestaltung gemäß der Erfindung basiert weiterhin auf der Einsicht, daß das Volumen V an Gesteinsmehl, welches während einer vollen Umdrehung des Bohrmeißels durch die Wasserkanäle am Umfang 11 des Bohrmeißels hindurchgeht, gleich ist dem Volumen eines Zylinders aus Gestein, welches während dieser Umdrehung von der Erdkruste entfernt worden ist. Dieses Volumen kann ausgedrückt werden als:The drill bit design according to the invention is further based on the insight that the volume V of rock dust that passes through the water channels on the circumference 11 of the drill bit during one full revolution of the drill bit is equal to the volume of a cylinder of rock that has been removed from the earth's crust during that revolution. This volume can be expressed as:
V = π.R².ROP (5),V = π.R².ROP (5),
wobei V das Gesteinsmehlvolumen ist, welches von dem Bohrmeißel entfernt wurde, R der Außenradius der Schneidspitzen 12 ist, und ROP das Ausmaß des Eindringens ist, in welchem das Bohrloch während einer vollen Umdrehung des Bohrmeißels vertieft wird.where V is the volume of rock dust removed by the drill bit, R is the outside radius of the cutting tips 12, and ROP is the extent of penetration by which the borehole is deepened during one full revolution of the drill bit.
Bei dem in der Zeichnung dargestellten Bohrmeißel wird das Gesteinsmehlvolumen V durch acht Wasserkanäle geführt. Demgemäß beträgt das Gesteinsmehlvolumen V', welches während einer Umdrehung des Bohrmeißels durch einen Wasserkanal hindurchtritt, V' = 1/8.π.r².ROP.In the drill bit shown in the drawing, the rock flour volume V is guided through eight water channels. Accordingly, the rock flour volume V' that passes through a water channel during one rotation of the drill bit is V' = 1/8.π.r².ROP.
Das Gesteinsmehlvolumen V', welches während einer Umdrehung des Bohrmeißels durch die Querschnittsfläche A des Wasserkanals hindurchtritt, ist gleich 1/8 des Volumens des Zylinders aus Gestein, welches innerhalb eines Radius r&sub1; während dieser Umdrehung von der Erdkruste entfernt worden ist bzw ist gleich:The volume of rock dust V' passing through the cross-sectional area A of the water channel during one revolution of the drill bit is equal to 1/8 of the volume of the cylinder of rock passing within a radius r₁ during this rotation has been removed from the earth's crust or is equal to:
V&sub1;' = 1/8.π.r&sub1;².ROP.V₁' = 1/8.π.r₁².ROP.
Folgt man der gleichen Linie der Begründung für das Gesteinsmehlvolumen V&sub2;', welches durch die Querschnittsfläche A&sub2; hindurchtritt, so ergibt sich:If we follow the same line of reasoning for the rock powder volume V₂' which passes through the cross-sectional area A₂, we get:
V&sub2;' = 1/8.π.r&sub2;².ROP.V2' = 1/8.π.r2².ROP.
Das Einführen der Gesteinsmehlgeschwindigkeit v in einem Wasserkanal als das Verhältnis zwischen dem Gesteinsmehlvolumen V, welches an einer gewissen Querschnittsfläche A durch den Wasserkanal hindurchtritt, und der Größe der Querschnittsfläche A, ergibt für die Geschwindigkeiten v&sub1; und v&sub2; in den Ebenen 1 und 2:Introducing the rock flour velocity v in a water channel as the ratio between the rock flour volume V that passes through the water channel at a certain cross-sectional area A and the size of the cross-sectional area A results in the velocities v₁ and v₂ in the planes 1 and 2:
v&sub1; = π.r&sub1;².ROP / 8.A&sub1;, undv₁ = π.r₁².ROP / 8.A₁, and
v&sub2; = π.r&sub2;².ROP / 8.A&sub2; (6)v2; = π.r2².ROP / 8.A2 (6)
Wird nunmehr berücksichtigt, daß die Geschwindigkeit des Gesteinsmehls sich in Stromabwärtsrichtung entlang des Fließweges jedes Wasserkanals nicht erhöhen soll oder, in anderen Worten ausgedrückt, diese Geschwindigkeit konstant bleiben soll oder sich in Stromabwärtsrichtung verringern soll, so ergibt sichIf it is now taken into account that the velocity of the rock flour should not increase in the downstream direction along the flow path of each water channel or, in other words, this velocity should remain constant or decrease in the downstream direction, then
v&sub2; ≤ v&sub2; (7)v₂ ≤ v₂ (7)
und eine Kombination der Gleichungen (6) und (7) ergibt:and a combination of equations (6) and (7) gives:
r&sub2;²/A&sub2; ≤ r&sub1;²/A&sub1;, oder A&sub2;/A&sub1; ≥ r&sub2;²/r&sub1;² (8)r2²/A2 ≤ r₁²/A₁, or A₂/A₁ > r₂²/r₁² (8)
Die Gleichung (8) ist gleich der Gleichung (2) und die Gleichungen (2) und (8) basieren auf dem Prinzip, daß die Geschwindigkeit v des Gesteinsmehls in Stromabwärtsrichtung jedes Wasserkanals sich verringern oder wenigstens gleich bleibensollte. Auf diese Weise werden Ansammeln und Verdichtung von Gesteinsmehl in den Wasserkanälen vermieden und es wird ein mechanisches Reinigen der Wasserkanäle erzielt. Die Fähigkeit der mechanischen Reinigung ist von Bedeutung, wenn die hydraulische Reinigung, die durch das Fließen des Bohrfluids geschaffen ist, nicht mehr angemessen oder ausreichend ist.Equation (8) is equal to equation (2) and equations (2) and (8) are based on the principle that the velocity v of the rock dust downstream of each water channel should decrease or at least remain the same. In this way, accumulation and compaction of rock dust in the water channels is avoided and mechanical cleaning of the water channels is achieved. The ability of mechanical cleaning is important when the hydraulic cleaning provided by the flow of the drilling fluid is no longer adequate or sufficient.
Das Bohrmeißelkonzept gemäß der Erfindung kann verwendet werden in einem Fischschwanzbohrmeißel oder in irgendeinem anderen Bohrmeißel bzw. in irgendeiner anderen Bohrspitze, bei der zwischen den Schneidflügeln Wasserkanäle gebildet sind. Der Bohrmeißelkörper kann domförmig bzw. gewölbt sein und die Schneidflügel des Bohrmeißels können eine radiale oder spiralförmige Ausrichtung relativ zur mittleren Achse des Bohrmeißelkörpers haben. Demgemäß ist klar zu verstehen, daß die in der Zeichnung dargestellte Ausführungsform lediglich erläuternd ist.The drill bit concept according to the invention can be used in a fishtail drill bit or in any other drill bit or in any other drill bit in which water channels are formed between the cutting blades. The drill bit body may be domed and the cutting blades of the drill bit may have a radial or spiral orientation relative to the central axis of the drill bit body. Accordingly, it is to be clearly understood that the embodiment shown in the drawing is merely illustrative.
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